【行業】功率半導體-國產替代正當時(45頁)

模擬 IC 中的電源管理 IC 與分立器件中的功率器件功能相似,二者經常集成在一顆芯片中,因此功率半導體包括功率 IC 和功率器件。功率半導體的具體用途是變頻、變相、變壓、逆變、整流、增幅、開關等,相關產品具有節能的作用,被廣泛應用于汽車、通信、消費電子和工業領域。在汽車中,汽車蓄電池的輸入電壓在 12V-36V,而民用電電壓為 220V,將民用電電壓轉換至輸入電壓的過程叫做變壓。蓄電池的輸入電流一般是直流電,將交流電轉換為直流電的過程叫做整流。汽車運行時,蓄電池持續輸出直流電,而汽車的各個模塊需要使用交流電,交流電轉換為直流電的過程叫做逆變。汽車蓄電池輸出的電壓很低,無法滿足各個模塊的需求,將低電壓轉換成高電壓的過程叫做增幅。電動汽車的馬達使用的電流是三相電。首先,蓄電池輸出的直流電經過逆變后成為單向交流電,將單向交流電變為三相電的過程叫做變相。

功率半導體主要分為功率器件、功率 IC。其中功率器件經歷了近 70 年的發展歷程:20 世紀 40 年代,功率器件以二極管為主,主要產品是肖特基二極管、快恢復二極管等;晶閘管出現于 1958 年,興盛于六七十年代;近 20 年來各個領域對功率器件的電壓和頻率要求越來越嚴格,MOSFET 和 IGBT 逐漸成為主流,多個 IGBT 可以集成為 IPM 模塊,用于大電流和大電壓的環境。功率 IC 是由功率半導體與驅動電路、電源管理芯片等集成而來的模塊,主要應用在小電流和低電壓的環境。

汽車中使用最多的半導體分別是傳感器、MCU 和功率半導體。其中 MCU 占比最高,其次是功率半導體,功率半導體主要運用在動力控制系統、照明系統、燃油噴射、底盤安全系統中。傳統汽車中,功率半導體主要應用于啟動、發電和安全領域,新能源汽車普遍采用高壓電路,當電池輸出高壓時,需要頻繁進行電壓變化,對電壓轉換電路需求提升,此外還需要大量的 DC-AC 逆變器、變壓器、換流器等,這些對IGBT、MOSFET、二極管等半導體器件的需求量很大。汽車電機控制系統中需要使用數十個 IGBT,以特斯拉 Model X 為例,特斯拉后三相交流異步電機每相要用到 28個 IGBT,總共使用 84 個 IGBT,加上電機其他部位的 IGBT,Model X 后電機共使用96 個 IGBT,前電機使用 36 個 IGBT,Model X 共使用 132 個 IGBT。按照每個 IGBT4-5 美元的價格計算,雙電機 IGBT 價格約 650 美元,如果使用 IGBT 模塊則約為 1200美元。

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